RS485-CAN 转换器的设计

　　1 RS485 及CAN 总线简介

　　RS485 是一种平衡传输方式的串行接口标准，采用半双工异步数据通信方式。基于在RS485 总线上只能有一个主机的特点，它往往应用在集中控制枢纽和分散控制单元之间。同时RS485 的总线效率低，系统的实时性差，通信的可靠性低，后期维护成本高，网络工程调试复杂，传输距离不理想，单总线可挂接的节点少等缺点也局限了其应用。

　　CAN(Controller Area Network,控制器局域网)现场总线是一种由带CAN 控制器组成的高性能串行数据局域通信网络，是国际上应用最广泛的现场总线之一。它的总线长度最远可达10 千米(速率5Kbps 以下)，数据传输速率最高可达1Mbps（通讯距离40 米以内）。它在多主方式下工作，不分主从。采用非破坏总线仲裁技术，即使网络负载很重也不会出现网络瘫痪现象。此外，CAN 的每帧信息都有CRC 校验和其它检错措施，有很好的检错效果。由于CAN 总线具备以上优点，它目前已经被广泛应用到汽车电子、电力系统、航空工业和自动工作等领域中，并形成了国际标准，被公认为几种最有前途的现场总线之一。

　　一时间完全放弃RS485网络系统是有困难的，尤其是在已经具有现成的硬件网络中。因此考虑一种折中的方法，就是在保留现有RS485系统硬件结构的基础上，添加一个CAN总线接口，从而实现RS485网络与CAN网络的互联。

　　2 系统硬件设计

　　RS485-CAN转换器硬件设计框图如图1所示，整个硬件系统分为5个模块：微控制器模块，基本模块，CAN接口模块，RS485模块和储存模块。其中CAN接口模块的CAN控制器的选用要依据微控制器模块，如果选择的微控制器中集成了CAN控制器，则无需外接CAN控制器，否则需要外接CAN控制器。

　　2.1 微控制器模块，基本模块以及储存模块

　　这三个模块的设计属于常规设计，因此省去具体的电路图。需要说明的是微控制器可以选择内部集成了CAN 控制器的单片机，但是本设计基于系统成本，性价比以及微控制器的应用普遍性的考虑，使用的是ATMEL 的AT89C52 单片机；基本模块主要是完成微控制器的外围电路设计，主要包括电源和晶振以及复位电路等；储存模块主要是用来储存系统的配置信息，如CAN 波特率，RS485 波特率等，要求的储存空间较小，1K 的片外EEPROM 足够使用，当然也可以选择自带EEPROM 的微处理器。

图1：系统硬件设计框图

　　2.2 CAN 接口模块

　　CAN 接口模块包括总线控制器和收发器两部分。CAN 总线控制器选择的是SJA1000，它是Philips 公司推出的一款完全符合CAN 总线协议规定的CAN 控制器，可完成报文控制，数据滤波等CAN 控制器功能，SJA1000 不仅兼容PCA82C200 支持的BasicCAN(CANBUS2.0A)模式，还支持功能更强的PeliCAN(CANBUS 2.0B)模式；收发器选择的是TJA1050，它是CAN 协议控制器和物理总线的接口，是一种标准的高速CAN 收发器。

图2：CAN 模块电路图

　　如图2所示SJA1000的AD0-AD7与单片机的数据总线相连，P2.0引脚作为SJA1000的片选使能端，由ALE，WR，RD控制SJA1000的数据的发送和接收。11脚MODE接高电平，选用51系列的8位微控制器的Intel二分频模式。16脚是中断信号，接单片机的外部中断引脚。TX1脚悬空，RX1脚的电位必须维持在0.5VCC以上,否则将不能形成CAN总线所要求的电平逻辑。

　　高速光耦6N137提高了总线节点的抗干扰能力，TVS能避免数据受到不必要的外界影响并能保护元器件；另外在总线两端的设备加120欧姆的匹配电阻会使数据通信的抗干扰性以及可靠性大大加强，CANH和CANL与地之间并联两个30PF的小电容，可以滤除总线上的高频干扰并且具有一定的防电磁辐射的能力。这些额外的保护电路同样适合RS485模块的设计。

　　2.3 RS485 接口模块

　　RS485 接口模块采用MAX485 芯片作为总线收发器，它是+5V 低功耗半双工器件。MAX485 的驱动器输出是差分输出，完全满足RS485 串行协议的要求，兼容工业标准规范，符合RS485 串行协议的电气规范。电路连接如图3。

图 3：RS485 模块电路图

　　3 系统软件设计

　　本系统的软件设计除了实现单个模块的驱动程序以外，最主要的就是实现两种网络间不同协议的转换。CAN协议参考模型中定义了物理层和数据链路层，RS485协议参考模型中只定义了物理层。因此建立图4所示的协议模型。

CAN的帧格式中，有一个标识符域，CAN控制器的全局滤波器会检测这个标识域，决定是否接收本帧数据。由于RS485网络上，所有节点都会同时收到数据，因此可以为所有的RS485从设备设定同一个标识符。一个CAN节点若要发送数据给RS485设备，只需在该帧把标识符域设定为相应的标识符即可；RS485本质上仅仅是一个物理层标准，其帧格式完全由用户自己